機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)示例_第1頁(yè)
機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)示例_第2頁(yè)
機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)示例_第3頁(yè)
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分析設(shè)計(jì)。機(jī)器的功能和設(shè)計(jì)要求沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是我國(guó)城鎮(zhèn)蜂窩煤生產(chǎn)廠的主要設(shè)備修理便利等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛承受。機(jī)器的功能為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)應(yīng)完成如下五個(gè)動(dòng)作:煤粉加料;沖頭將蜂窩煤壓制成型;掃除沖頭和出煤盤(pán)的煤屑;模筒內(nèi)蜂窩煤的脫模;蜂窩煤的輸送。2.設(shè)計(jì)要求:蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)力量:30次/min;50000N;為改善蜂窩煤沖壓成型的質(zhì)量,期望沖壓后有一短暫的保壓時(shí)間;沖壓機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K≥1.3;由于沖頭壓力較大,期望沖壓機(jī)構(gòu)具有增力功能,以增大有效力的作用,減小原動(dòng)機(jī)的功率。機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)潔。工作原理和工藝動(dòng)作工作原理8.13下沖時(shí),沖頭將煤粉壓成蜂窩煤,筒盤(pán)上均布假設(shè)干模筒,轉(zhuǎn)盤(pán)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)使模筒依次經(jīng)過(guò)加料、沖壓、脫模三個(gè)位置。8.1沖壓式蜂窩煤成型機(jī)工作原理工藝動(dòng)作煤粉加料:可利用煤粉自重從料斗中自動(dòng)加料;沖壓成型及脫模:沖頭和脫模盤(pán)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),在沖壓行程的后二分之一進(jìn)展沖壓成型;掃屑:在沖頭、脫模盤(pán)向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程的前半段用掃屑刷掃除煤粉;模筒轉(zhuǎn)盤(pán)間歇轉(zhuǎn)動(dòng):使模筒依次通過(guò)沖壓、脫模、加料三個(gè)位置;輸出:成型的蜂窩煤脫模后落在輸送帶上送出。型機(jī)重點(diǎn)考慮三個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì):沖壓和脫模機(jī)構(gòu),掃屑機(jī)構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤(pán)的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞路線如圖8.2所示。電機(jī)電機(jī)減速運(yùn)動(dòng)分支模筒盤(pán)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)沖頭和脫模盤(pán)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)掃屑往復(fù)搖擺或移動(dòng)8.2沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞路線擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖、相位,以便進(jìn)展設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。360°。沖頭和脫模盤(pán)的運(yùn)動(dòng)分為工作行程和回程兩局部時(shí),掃屑刷向后掃屑。圖8.3為沖壓式蜂窩煤成型機(jī)三個(gè)機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。橫坐標(biāo)為沖壓和脫模機(jī)構(gòu)主動(dòng)件轉(zhuǎn)角〔安排軸轉(zhuǎn)角,縱坐標(biāo)為各執(zhí)行構(gòu)件的直線位移或角位移。執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評(píng)定如表8.1所示的常用機(jī)構(gòu),構(gòu)成機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣??梢郧蟪鰶_壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案數(shù)目為:N=3×4×4=48除明顯不合理的,最終選出兩個(gè)較好的方案如表8.2所示。8.38.1機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣沖壓和脫模機(jī)構(gòu)

偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

六桿沖壓機(jī)構(gòu)

直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)掃屑機(jī)構(gòu)模筒轉(zhuǎn)盤(pán)間歇運(yùn)動(dòng)

滑塊搖桿機(jī)構(gòu)

輪機(jī)構(gòu)

齒輪齒條機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 構(gòu)

槽輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)8.2沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案方案I方案Ⅱ

沖壓和脫模機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

掃屑機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)

槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)可見(jiàn),兩種的運(yùn)動(dòng)方案主要區(qū)分在于選擇了兩種不同的掃屑機(jī)構(gòu),如圖8.4所示。8.4(a)I的掃屑機(jī)構(gòu)8.4(b)方案Ⅱ的掃屑機(jī)構(gòu)8.4(a)表示的掃屑機(jī)構(gòu)為滑塊搖桿機(jī)構(gòu),利用滑梁1的上下往復(fù)移動(dòng)使搖桿AB上的掃8.4(b)表示的掃屑機(jī)構(gòu)為直動(dòng)從動(dòng)件固定凸輪機(jī)1I,可以準(zhǔn)確滿足運(yùn)動(dòng)要求。我們選擇方案Ⅱ,作為沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的掃屑機(jī)構(gòu)。畫(huà)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)8.5所示。8.5機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺度設(shè)計(jì)沖壓和脫模機(jī)構(gòu)的尺寸綜合及運(yùn)動(dòng)分析尺寸綜合沖壓和脫模機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)?;瑝K〔滑梁〕的行程為H=300mm,行程速比系數(shù)K=1.4,取偏距e=200mm。利用圖解法設(shè)計(jì),取比例尺μ=1mm/mm。設(shè)計(jì)過(guò)程如圖8.6所示。作圖步驟如下:①計(jì)算極位夾角K1 1K11801.4118030②按沖頭和脫模盤(pán)的行程H=300mm,作出的極限位置C1

、C。2作直角三角形ΔCC

D。其中∠C1C2D=60°。1 2③作直角三角形ΔCCD的外接圓。1 2④作與C1C2平行且相距為e=200mm轉(zhuǎn)中心的位置。⑤從圖中量得AC2=468.95mm,AC1=246.43mm,求各桿長(zhǎng)度a

AC AC2

468.95246.431mm120.26mm2 2b

AC AC2

468.95246.431mm366.69mm2 2C1C1C2B2AB1D8.6用圖解法設(shè)計(jì)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析8.7n1=30r/min,各從動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)可由表8.38.4。按計(jì)算結(jié)果畫(huà)出的滑塊的速度、加速度曲線如圖8.8所示。從滑塊的速度曲線可見(jiàn),曲柄在回程時(shí)的轉(zhuǎn)過(guò)的角度小于沖程時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的構(gòu)是正確的。8.7曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2

8.3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

3轉(zhuǎn)角:2

arcsin(2

sin)1 1

xC

acos1

bcos2角速度:

cos1

速度:v asinbsinC 1 1 2 22角加速度:

1cos 2

加速度:a a2cos

sin

sin1

cos2

sin2

cos C1 2

1 1 2

2 2 22 1 1

cos22

a; e1 b 2 b8.4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果Φ1Φ2ω2ε2xcvcac0-33.0534-1.229260.9833080.427606-0.24585-1.4546830-45.1861-1.266-0.683070.362593-0.51823-1.6198160-56.0415-0.92225-3.755360.26496-0.60769-1.9098690-60.8539-1.3E-16-6.645980.178592-0.37781-2.12844120-56.04150.922247-3.755360.1447-0.04669-0.72294150-45.18611.265998-0.683070.1542970.140420.435992180-33.05341.2292590.9833080.1870860.2458520.919156210-22.42290.9652632.1352610.2348180.3239151.010735240-15.1530.5337162.9813060.2938110.3783490.778402270-12.55981.94E-163.3162030.3579150.3778080.264434300-15.153-0.533722.9813060.4140710.276034-0.40852330-22.4229-0.965262.1352610.4431140.053893-1.04507360 -33.0534 -1.22926 0.983308 0.427606 -0.24585 -1.45468a)滑塊的速度vc(

0.60.40.20-0.20-0.4-0.6

90 180 270 3601-0.8 φ(°)1) 1.52s

b)滑塊的加速度ac(

10.50-0.50-1-1.5-2-2.5

90 180 270 360φ(°)18.8滑塊的速度、加速度曲線掃屑機(jī)構(gòu)的尺寸綜合掃屑機(jī)構(gòu)承受直動(dòng)從動(dòng)件固定凸輪機(jī)構(gòu)。從動(dòng)件〔掃屑刷〕的行程為h=100mm。由沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖,可得凸輪的位移曲線如圖8.9所示。8.9凸輪機(jī)構(gòu)位移曲線依據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件固定凸輪機(jī)構(gòu)如圖8.10所示。其中固定凸輪2沿a-b-c運(yùn)動(dòng),矩形構(gòu)件2處于如下圖的位置?;爻虝r(shí)滾子沿c-d-a運(yùn)動(dòng),矩形構(gòu)件處于圖中虛線所示的位置。固定凸輪的構(gòu)造尺寸如圖8.11所示。8.108.11固定凸輪的構(gòu)造尺寸模筒轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)的尺寸綜合模筒轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)承受單圓銷(xiāo)槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)周期性間歇轉(zhuǎn)動(dòng),如圖8.12所示。主動(dòng)撥30r/min,中心距a=300mm,按工位要求槽數(shù)z=6。8.12槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算:2Φ

360 360 60 2 2 z 62Φ

180

2

180

60

120。1R

1asin

2300sin30150mm。1R

1acos

2300cos30 260mm。2 2 2(5)鎖止弧張角γ,360

1

360

120

240。圓銷(xiāo)半徑r,取r1R

25mm。6 1槽輪齒頂厚e,?。澹?mm。鎖止弧半徑Rs,Rs

Rre150255120mm。1槽輪槽深h,hR2

(aR1

r)26030015025)135mmh=140mm。1運(yùn)動(dòng)系數(shù)k,k11 。12 z 3R

與a的比值λ,

R 1500.5。11 a 3001槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

sin11槽輪角位移:2

arctand

1cos1(cos

)槽輪角速度: 2 1 2 dt 12cos1

2 1

2

(21)sin1 22 dt2

(12cos1

2)2 1

2n

2303.1416rad/s8.7。1 60 608.7槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析ΦΦωε1222-60-302.33E-165.698219-50-29.44150.3693777.6896-40-27.51570.86351210.15752-30-23.7941.49736812.55151-20-17.8782.22575313.14615-10-9.706482.8716319.138598003.1415930109.7064812.871631-9.13862017.877992.225753-13.14613023.793981.497368-12.55154027.515740.863512-10.15755029.441460.369377-7.689660302.33E-16-5.69822槽輪的角速度ω2,角加速度ε2隨主動(dòng)件轉(zhuǎn)角Φ18.13所示。a)槽輪的角速度ωa)槽輪的角速度ω23.532.52(21.510.50-80 -60 -40 -20 020406080Φ(°)1b)槽輪的角加速度εb)槽輪的角加速度ε21510)50(2-80-60-40-20-50-10-1520406080Φ(°)1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的選擇確定原動(dòng)機(jī)的功率Pn

8.13槽輪的角速度和角加速度wPPwn 其中,Pw為工作機(jī)要求的功率;η為由電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總效率。工作機(jī)要求的功率Pw主要為執(zhí)行構(gòu)件在單位時(shí)間里抑制工作阻力所作的功。在沖壓式蜂窩煤成型機(jī)中,主要為在單位時(shí)間里沖頭沖壓時(shí)抑制工作阻力所作的功。則P Fvw r c其中,Fr為沖頭沖壓時(shí)的工作阻力,主要發(fā)生在沖頭下壓的后半個(gè)行程中,且假定為線性變化,行程完畢時(shí)到達(dá)最大值50000N。沖壓機(jī)構(gòu)在一個(gè)循環(huán)中工作阻力隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化狀況如圖8.14〔表8.8.。可見(jiàn)最大值為千瓦左右。考慮掃屑機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu),以及機(jī)器中運(yùn)動(dòng)副間的摩擦損失,參照電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)選擇Y180L-8電機(jī)。輸出功率N=11KW、轉(zhuǎn)速n=730r/min。8.8沖頭在不同位置消耗的功率Φ1270

Fr vc Pw0 0.377808 02805555.5560.3944572191.432902805555.5560.3944572191.4329011111.110.3968834409.81630016666.670.3831496385.81231022222.220.3524517832.25132027777.780.3052658479.57833033333.330.2432938109.77334038888.890.1692946583.63835044444.440.0868293859.081360500000060000.0050000.0040000.0030000.0020230.0010000.00F0.00-10000.00 0 90 180

270 3608.14沖頭的工作阻力曲線機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從原動(dòng)電機(jī)到用于沖壓和脫模的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的槽輪機(jī)構(gòu)承受分路傳動(dòng),圖8.15電機(jī) 帶傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)〔沖壓和脫模〕

凸輪傳動(dòng)〔掃屑〕圓錐齒輪傳動(dòng)

槽輪機(jī)構(gòu)〔模筒轉(zhuǎn)盤(pán)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)〕速比安排

圖8.15傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳遞路線驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為730r/min,沖壓及脫模時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)速為30r/min,則機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為:

i 73024.33總 30承受一級(jí)皮帶傳動(dòng)、一級(jí)齒輪傳動(dòng),它們的傳動(dòng)比分別為:4.866;1 5,取Z=17.Z=5×17=851 槽輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)銷(xiāo)輪的轉(zhuǎn)速與曲柄的轉(zhuǎn)速一樣比一樣。=Z=24;1 2飛輪設(shè)計(jì)〔如圖8.14所示8.5所示。軸的轉(zhuǎn)速n=730/4.866=150r/min,取蜂窩煤成型機(jī)的許用速度波動(dòng)系數(shù)[δ]=0.12。1.計(jì)算等效阻力矩Mr其它執(zhí)行機(jī)構(gòu),以及各構(gòu)件慣性力的影響,只考慮沖頭的工作阻力Fr。此時(shí),機(jī)器的等效阻力矩為FvM r cr 其中,ω為等效構(gòu)件的角速度;vc8.3可以得到滑塊的速度為v asinbsinC 1 1 2 2其中連桿的角速度

cos1

代入上式,可得2 1cos 2MaF

sin(1

1)aFsin(2

)1r r cos2

r icos2其中,i為齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比,i=5。連桿的轉(zhuǎn)角φ2可由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析得到,見(jiàn)表8.48.8。等效力矩隨等效構(gòu)件轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖8.

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